酸化物セラミックスのクリープとクリープ破壊

1988 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63550581
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 岡本 泰則 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助教授 (50101259)
• 研究分担者: 林 國郎 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助教授 (30027817)
• キーワード: セラミックス / クリープ / クリープ破壊 / キャビテーション / 応力腐食割れ / 粒界クラック / ジルコニア / ムライト

研究概要

研究対象とした試料は、マクネシア(高純度単相のもの及び粒界にガラス相を含むもの)、ムライト(単相)、ジルコニア(Y-TZP)及びβスポジュメン結晶化ガラスである。粒径の小さなY-TZPと結晶化ガラスは大きな変形量と変形速度を示した。後者については残留ガラス(8%)の寄与が大きい。Y-TZPではサブミクロンの粒径のものは応力指数2となり、いわゆる超塑性を示し塑性加工の可能なセラミックスとして特異なものとわかった。しかし、粒径の増大とともに変形応力は増しキャビティや粒界クラックの発生が認められた。この様な状況下では変形は拡散クリープであった。キャビティの発生、成長、合体を経て破壊に至る過程は高温下でも変形の困難な脆性材料のクリープ破壊においてしばしば観察される現象で、低速き裂成長(SCG)、応力腐食割れと並んで重要な研究課題である。耐クリープ性の材料として期待されるムライトにおいてもキャビテーションとSCGによるクリープ破壊が認められた。比較的小料径ではSCGにより、やや大粒径になるとキャビテーションの発生・成長・合体によるクリープ破壊が生じている。変形は拡散クリープであり、律速拡散種の拡散係数の小さなこと(例えばアルミナに比べて)が耐クリープ性に寄与しており、またクリープ破壊強度、高温即時破壊強度ともにアルミナに優っていることがわかった。一方、ガラス相を含む2相系セラミックスの代表である結晶化ガラスでは、比較的低温減で拡散クリープとなり、粒界キャビティの発生が顕著であるのに対し、高温域での変形は溶解ー析出機構であり、ひずみ速度は大きく変形量も大きなものとなった。さらに、結晶粒界へのガラス相の導入は変形の活性化エネルギーを増大させることも明らかになった(マグネシア、結晶化ガラス)。

研究成果

• [文献書誌] Y.Okamoto;N.Michiura;K.Nada;T.Shiono;K.Hayashi;T.Nishikawa: Proceedings of MRS International Meeting on Advanced Materials. 7. (1989)
• [文献書誌] Y.Okamoto;K.Hayashi;T.Nishikawa: Proceedings of the Symposium on the Reliability of Structural Ceramics(Advanced Materials Science and Engineering).
• [文献書誌] 岡本泰則,道浦伸彦,塩野剛司,林國郎,西川友三: 日本セラミックス協会学術論文誌.
• [文献書誌] Y.Okamoto;J.Ieuji;Y.Yamada;K.Hayashi;T.Nishikawa: Advances in Ceramics. 24. 565-571 (1988)
• [文献書誌] 日本セラミックス協会 編: "セラミック工学ハンドブック(第4編第3章及び第4章)" 技報堂出版, (1989)
• [文献書誌] 斎藤進六 他編: "新素材応用事典(第1編第1章)" 産業調査会, (1989)